12. oksidasi biologi

OKSIDASI BIOLOGIOKSIDASI BIOLOGI DEFINISI :DEHIDROGENASI SUBTRAT YANG DIIKUTI OLEHPENGANGKUTANNYA KE ASEPTOR TERAKHIR (OKSIGEN)MELALUI SISTEM SITOKROM DAN ENZIM WARBURG/SITROMOKSIDASE

SKEMA :

SUBSTRAT NIKOTINAMIDA (DH) FLAVOPROTEIN SITOKROM OKSIGEN

KESEIMBANGAN OKSIDASI – REDUKSI/ POTENSIAL REDUKSI (Eδ)

PERTUKARAN ENERGI BEBAS ≈ KECENDERUNGAN REAKTAN MELEPAS / MENGIKAT ELEKTRON

POTENSIAL REDOKS SUATU SISTEM (Eδ) DENGAN ELEKTRODA HIDROGEN PADA pH = 0 dinyatakan Eδ = 0,0 volt

PADA SISTEM BIOLOGI, PADA pH = 7,0 ADALAH –0,42 volt

BEBERAPA POTENSIAL REDOKS DARI SISTEM OKSIDASI PADA MAMALIA

Sistem Sistem E0’ voltE0’ volt

Oksigen / air Sitokrom a ; Fe3+/Fe2+

Sitokrom c ; Fe3+/Fe2+

Ubikuinon ; Oks/RedSitokrom b ; Fe3+/Fe2+

Fumarat / suksinatFlavoprotein-Old Yellow enzyme ; Oks/redOksaloasetat / malatPiruvat / laktatAsetoasetat / β-hidroksibutiratLipoat ; oks / redNAD+ / NADHH+ / H2

Suksinat / α-ketoglutarat

+ 0,82+ 0,29+ 0,22+ 0,10+ 0,08+ 0,03- 0,12- 0,17- 0,19- 0,27- 0,29- 0,32- 0,42- 0,67

ENZIM DAN KOENZIM DALAM REDOKS

OKSIDOREDUKTASE

DIBAGI DALAM 5 GOLONGAN :

1. OKSIDASE

2. AEROBIK DEHIDROGENASE

3. ANAEROBIK DEHIDROGENASE

4. HIDROPEROKSIDASE

5. OKSIGENASE

MENGKATALISIS PELEPASAN EKUIVALEN PEREDUKSI [H+] DARI SUBSTRAT

AKSEPTOR [H+] : OKSIGEN

MENGANDUNG Cu

HASIL REAKSI H2O2 ,KECUALI URIKASE & MONAMIN OKSIDASE

REAKSI :

1. OKSIDASE

ENZIM DAN KOENZIM DALAM REDOKS

AHAH22

AA HH22OO

½ O½ O22

redredoksidase

oksoks

ANGGOTA OKSIDASE FENOLASE

MENGANDUNG TEMBAGA MONO - / O – DIFENOL O – QUINON

LAKTASE• MENGANDUNG TEMBAGA• MENGKATALISIS PERUBAHAN P – HIDROQUINON

P – QUINON

ASKORBATE OKSIDASE

URIKASE, (ASAM URAT ALANTOIN)

MONOAMIN OKSIDASE

1. OKSIDASE

ENZIM DAN KOENZIM DALAM REDOKS

FLAVOPROTEIN MENGANDUNG FMN / FAD METALOFLAVOPROTEIN (MENGANDUNG LOGAM) ANGGOTA ASAM AMINO – D DEHIDROGENASE─ BERIKATAN DENGAN FAD ASAM AMINO – L DEHIDROGENASE─ BERIKATAN DENGAN FMN XANTIN OKSIDASE, MENGUBAH BASA PURIN ASAM URAT ALDEHIDA DEHIDROGENASE GLUKOSA OKSIDASE─ ENZIM FAD PADA JAMUR

2. AEROBIK DEHIDROGENASE (DH)

ENZIM DAN KOENZIM DALAM REDOKS

AKSEPTOR HIDROGEN : OKSIGEN, HASIL REAKSI : H2O2

REAKSI :

2. AEROBIK DEHIDROGENASE (DH)

ENZIM DAN KOENZIM DALAM REDOKS

AHAH22

AA HH22OO22

OO22

redredAerobik DH

oksoks

AKSEPTOR HIDROGEN : ZAT BUATAN, METILEN BLUE (MB)

HASIL REAKSI : H2O2

GAMBAR :

2. AEROBIK DEHIDROGENASE (DH)

ENZIM DAN KOENZIM DALAM REDOKS

oksoks

AHAH22

AA MB.HMB.H22

MBMBredred

Aerobik DH

OO22

HH22OO22

AKSEPTOR HIDROGEN : BUKAN OKSIGEN

FUNGSI UTAMAa. TRANSFER [H+] DARI SATU SUBSTRAT KE

SUBSTRAT LAIN DALAM REAKSI KOPEL REDOKS

REAKSI :

3. ANAEROBIK DEHIDROGENASE

ENZIM DAN KOENZIM DALAM REDOKS

oksoks

AHAH22

AA CARRIER.HCARRIER.H22

CARRIERCARRIERredred

DH untuk A

BB

BHBH22oksoks redred

redred oksoks

DH untuk B

b. SEBAGAI KOMPONEN R.R. UNTUK TRANSPOR ELEKTRON DARI SUBSTRAT KE OKSIGEN

3. ANAEROBIK DEHIDROGENASE

ENZIM DAN KOENZIM DALAM REDOKS

ANGGOTA :A. TERGANTUNG PADA KOENZIM NIKOTINAMIDA• KOENZIM DIREDUKSI DAN DIOKSIDASI LAGI OLEH AKSEPTOR

YANG SESUAI.• NIKOTINAMIDA BERASAL DARI NIASIN (NAD+ / NADP+ )• NAD :MENGKATALISIS REAKSI REDOKS PADA JALAN METABOLISME

OKSIDATIF (GLIKOLISIS, TCA CYCLE DAN R.R .MITOKONDRIA)

• NADP : MENGKATALISIS PROSES SINTESIS, REDUKTIF (SINTESIS

ASAM LEMAK, STEROID EKSTRA MITOKONDRIA)

3. ANAEROBIK DEHIDROGENASE

ENZIM DAN KOENZIM DALAM REDOKS

• MEKANISME OKSIDASI KOENZIM NIKOTINAMIDA

3. ANAEROBIK DEHIDROGENASE

ENZIM DAN KOENZIM DALAM REDOKS

B. TERGANTUNG PADA RIBOFLAVIN• IKATAN DENGAN APOENZ > KUAT DARIPADA NIKOTINAMIDA.• SEBAGAI CARRIER [H+] DARI LIPOAT TERDUKSI KE NAD+

• SEBAGAI ELEKTRON TRANSFERING FLAVOPROTEIN ANTARA ASIL – KoA DH KE R.R.

• GAMBAR :

3. ANAEROBIK DEHIDROGENASE

ENZIM DAN KOENZIM DALAM REDOKS

Reduksi cincin isoaloksazin nukleotida flavin

C. SITOKROM•HEMOPROTEIN BESI YANG DAPAT BERUBAH UBAH SELAMA REDOKS (Fe2+ / Fe3+)

•SEBAGAI CARRIER ELEKTRON DARI FLAVOPROTEIN KE SITOKROM OKSIDASE

•JENIS : Sit. b, c1, c, a dan a3

•SEMUA SITOKROM TERMASUK ANAEROBIK DH, KECUALI SIT. OKSIDASE

3. ANAEROBIK DEHIDROGENASE

ENZIM DAN KOENZIM DALAM REDOKS

A. PEROKSIDASE• GUGUS PROSTETIK : PROTOHEM

• BERIKATAN LEMAH DENGAN APOPROTEIN

• FUNGSI : MEREDUKSI H2O2

• AKSEPTOR ELEKTRONNYA : ASKORBAT, QUINON DAN Sit.c

• REAKSI :

H2O2 + AH2 PEROKSIDASE

2H2O + A

4. HIDROPEROKSIDASE

ENZIM DAN KOENZIM DALAM REDOKS

B. KATALASE•MENDEGRADASI H2O2 YANG DIBENTUK OLEH AEROBIK DH.

•BERPERAN PADA REAKSI OKSIDATIF.

•REAKSI :

4. HIDROPEROKSIDASE

ENZIM DAN KOENZIM DALAM REDOKS

MENGKATALISIS PENGGABUNGAN OKSIGEN KE DALAM SUBSTRAT

LANGKAH – LANGKAH :1. ENZIM BERIKATAN DENGAN OKSIGEN2. IKATAN OKSIGEN DIREDUKSI

ADA 2 SUB GOLONGAN OKSIGENASEa. DIOKSIGENASEb. MONO OKSIGENASE

5. OKSIGENASE

ENZIM DAN KOENZIM DALAM REDOKS

a. DIOKSIGENASE (Oksigen transferase, true oksygenase)• MENGKATALISIS PENGGABUNGAN DUA ATOM OKSIGEN KE

DALAM SUBSTRAT• REAKSI :

A + O2 AO2

• CONTOH : HOMOGENTISAT DIOKSIGENASE TEPUNG HATI 3-HIDROKSI ANTRANILAT DIOKSIGENASE (TEPUNG HATI) L-TRIPTOFAN DIOKSIGENASE (HATI)

5. OKSIGENASE

ENZIM DAN KOENZIM DALAM REDOKS

b. MONO OKSIGENASE (mixed function oxidases, hidroksilase).• MENGKATALISIS PENGGABUNGAN HANYA SATU 1 ATOM

DARI MOL. OKSIGEN KE SUBSTRAT.

• OKSIGEN LAINNYA DENGAN DONOR ELEKTRON TAMBAHAN DIREDUKSI MENJADI H2O.

• REAKSI :

AH + O2 + yH2 A.OH + H2O + y

5. OKSIGENASE

ENZIM DAN KOENZIM DALAM REDOKS

b. MONO OKSIGENASE (mixed function oxidases, hidroksilase).• DIBAGI SUB GOLONGAN OKSIGENASE BERDASARKAN JENIS

KO-SUBSTRAT DONOR ELEKTRON YANG BERPERAN.→ ENZIM YANG BERPERAN DALAM SINTESIS ATAU TRANSFORMASI

STEROIDA YAITU MONOOKSIDASE DENGAN KOENZIM NADPH (PADA RETIKULUM ENDOPLASMA (MIKROSOM) HATI DAN KELENJAR ADRENAL.)

• ENZIM – ENZIM YANG BERPERAN DALAM METABOLISME OBAT – OBATAN SECARA HIDROKSILASI BERSAMA Sit. P.450 DAN Sit b5.

5. OKSIGENASE

ENZIM DAN KOENZIM DALAM REDOKS

METABOLISME OBAT – OBATAN KATALISATORENZIM NADPH – Sit. P.450 REDUKTASE, HIDROKSILASE Sit. P.450 dan Sit. B5

JENIS OBAT :BENZPIREN, AMINOPIRIN, ANILIN, MORFIN DAN BENZFETAMIN.

REAKSI KESELURUHAN :OBAT-H + O2 + 2 Fe2+ (P.450) + 2H+ Hidroksilase OBAT-OH + H2O +

2Fe3+ (P.450)

5. OKSIGENASE

ENZIM DAN KOENZIM DALAM REDOKS

TAHAP – TAHAP REAKSI SIKLUS Sit. P.450 HIDROKSILASE PADA MIKROSOM

5. OKSIGENASE

ENZIM DAN KOENZIM DALAM REDOKS

DIF :RANGKAIAN ENZIM DAN SITOKROM MEMBAWA [H+] DARI

SUBSTRAT KE AKSEPTOR TERAKHIR (OKSIGEN).

LETAK : MITOKONDRIA

TEMPAT BERLANGSUNGNYA : TRANSPOR EKUIVALEN PEREDUKSI DARI ENZIM – ENZIM β-

OKSIDASI DAN TCA CYCLE.

FOSFORILASI OKSIDATIF.

RANTAI PERNAFASAN

HUBUNGAN TRANSPOR ELEKTRON PADA RANTAI PERNAFASAN DENGAN β – OKSIDASI ASAM LEMAK TCA CYCLE DAN SUMBER-SUMBER EKSTRAMITOKONDRIA.

RANTAI PERNAFASAN

PIRUVAT NAD DH

FAD DH

SITOKROM O2

SIKLUS KREBS

Β-OKSIDASI ASAM LEMAK

KH

SUMBER EKSTRA MITOKONDRIA

RANTAI PERNAPASAN

MITOKONDRIA

PENYELENGGARAAN RR DALAM MITOKONDRIA

• ELEKTRON ATAU EKUIVALEN PEREDUKSI, MENGALIR DARI UNSUR YANG LEBIH ELEKTRON NEGATIF KE OKSIGEN YANG LEBIH ELEKTRON POSITIF MELALUI RANTAI SECARA SELANGKAH DEMI SELANGKAH.

• RANTAI PERNAFASAN UTAMA BERJALAN DARI SISTEM DH YANG TERIKAT PADA NAD MELALUI FLAVOPROTEIN DAN SITOKROM KE OKSIGEN.

RANTAI PERNAFASAN

AHAH22

FLAVO-PROTEIN

AA

NADNAD++

NADHNADH 2 Fe2 Fe2+2+

FpHFpH22

FpFp

2 Fe2 Fe3+3+

½ O½ O22

HH22OO

HH++ HH++ 2H2H++ 2H2H++

SITOKROMSUBSTRAT

PENYELENGGARAAN RR DALAM MITOKONDRIA• TIDAK SEMUA SUBSTRAT DIHUBUNGKAN DENGAN R.R.

MELALUI NAD, TERGANTUNG POTENSIAL REDOKSNYA.

RANTAI PERNAFASAN

NAD FMN Q Sit b c1 c a aa3 O2LIPOATATP

ATP

ATP

FAD FAD

FAD

•KOLIN

•SUKSINAT

•ASIL-KoA

•SARKOSIN

•DIMETIL GLISIN

GLISEROL 3-P

α-KETOGLUTARAT

•PIRUVAT

•PROLIN

•GLUTAMAT

•MALAT

•ISOSITRAT

PERANAN RR DALAM PENANGKAPAN ENERGI ADP DIGAMBARKAN SEBAGAI MOLEKUL YANG MENANGKAP

SEBAGIAN ENERGI BEBAS HASIL KATABOLISME MENJADI ATP.

PADA FOSFORILASI TINGKAT SUBSTRAT (GLIKOLISIS DAN TCA-CYCLE), ATP YG DIHASILKAN ADALAH KECIL, KARENA OKSIDASINYA TIDAK MELALUI DEHIDROGENASE.

OKSIDASI SUBSTRAT MELALUI DEHIDROGENASI YANG BERIKATAN DENGAN :

NAD+ MENGHASILKAN 3 MOL ATP FAD MENGHASILKAN 2 MOL ATP

REAKSI YANG MELALUI NAD+/FAD DEHIDROGENASE DIKENAL SEBAGAI FOSFORILASI OKSIDATIF TINGKAT RANTAI RESPIRASI.

RANTAI PERNAFASAN

TEMPAT-TEMPAT FOSFORILASI PADA RANTAI RESPIRASI

KECEPATAN RESPIRASI MITOKONDRIA DAPAT DIATUR OLEH KONSENTRASI ADP KARENA :

• OKSIDASI DAN FOSFORILASI SALING BERIKATAN ERAT.• ADP MERUPAKAN KOMPONEN PENTING PADA PROSES FOSFORILASI.

JIKA ADP KURANG, SUBSTRAT BERLEBIH, DAPAT DITEMUKAN 3 TEMPAT CROSSOVER / FOSFORILASI.

RANTAI PERNAFASAN

Substrat NAD Fp Q Sit b Sit c1 Sit c Sit a Sit a3 O2

SUKSINAT

FpATP ATP ATP

ADP +Pi ADP +Pi ADP +Pi

TEMPAT I TEMPAT II TEMPAT III

PENGATURAN PERNAFASANCHANCE DAN WILLIAMS MENYATAKAN ADA 5 KEADAAN YANG DAPAT MENGATUR KECEPATAN PERNAFASAN DALAM MITOKONDRIA ISTIRAHAT

RANTAI PERNAFASAN

Keadaan yg membatasi kecepatan pernafasan

Tingkat 1

Tingkat 2

Tingkat 3

Tingkat 4

Tingkat 5

Hanya penyediaan ADP dan substrat

Hanya penyediaan substrat

Kemampuan rantai pernafasan bila semua substrat dan komponen terdapat dalam jumlah cukup

Hanya penyediaan ADP

Hanya penyediaan oksigen

PERANAN ADP PADA PENGATURAN PERNAFASAN• SEBAGIAN BESAR SEL, DALAM KEADAAN ISTIRAHAT

(KEADAAN 4), PERNAFASAN DIATUR OLEH ADP. BILA DILAKUKAN KERJA, ATP ADP, PERNAFASAN

BERLANGSUNG CEPAT, YG MENYEBABKAN PERSEDIAAN ATP MENINGKAT.

DALAM KEADAAN TERTENTU, KONSENTRASI Pi DAN ATP JUGA MEMPENGARUHI KECEPATAN FUNGSI RR.

RANTAI PERNAFASAN

ATPProses-proses yg membutuhkan energi

ADPPi ADP+Pi

SUBSTRAT RRO2

Panas

INHIBITOR – INHIBITOR RR DAN FOSFORILASI OKSIDATIF. INHIBITOR RR

INHIBITOR FOSFORILASI OKSIDATIF

UNCOUPLERS FOSFORILASI OKSIDATIF• INHIBITOR BEKERJA PADA 3 TEMPAT YANG MUNGKIN SAMA

DENGAN TEMPAT TRANSFER ENERGI

RANTAI PERNAFASAN

NAD FMN Q Sit b c1 c a aa3 O2LIPOAT

(-) (-) II (-) IIII

FAD

I. AMOBARBITAL, PIERICIDIN A, ROTENON, STEROIDII. DIMERCAPROL, ANTIMYCIN AIII. H2S, CN, CO

MEKANISME FOSFORILASI OKSIDATIF DUA HIPOTESIS :1. HIPOTESIS KIMIA :• PENGGANDENGAN FOSFORILASI DAN OKSIDASI TERJADI

SECARA LANGSUNG KIMIA PADA SEMUA TINGKAT PROSES YG MENGHASILKAN ATP (GLIKOLISIS).

2. HIPOTESIS KIMIA OSMOSIS :• OKSIDASI KOMPONEN-KOMPONEN DALAM RR MENGHASILKAN

ION HIDROGEN YG DIKELUARKAN KE BAGIAN MEMBRAN COUPLING MITOKONDRIA , MENGHASILKAN PERBEDAAN POTENSIAL.

• PERBEDAAN POTENSIAL ELEKTROKIMIA DARI DISTRIBUSI ION HIDROGEN YG TIDAK SIMETRIS DIPAKAI UNTUK MENJALANKAN MEKANISME FOSFORILASI (PEMBENTUKAN ATP)

RANTAI PERNAFASAN